水庫邊坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測(cè)與加固處理

傅蜀燕 付朝書 黃海燕 徐興倩

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院,云南 昆明 650201;2.昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650201)

地質(zhì)與勘測(cè)

水庫邊坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測(cè)與加固處理

傅蜀燕1付朝書2黃海燕1徐興倩1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院,云南 昆明 650201;2.昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650201)

針對(duì)某在建水庫右岸滑坡情況，根據(jù)地勘資料布置了觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行了安全監(jiān)測(cè)分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)滑坡體典型斷面進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明右岸邊坡均處于危險(xiǎn)狀態(tài)。因此，因地制宜的采取了必要的工程措施進(jìn)行加固。加固后的穩(wěn)定性分析表明，右岸滑坡體在不同工況下均滿足穩(wěn)定安全要求。

水庫；邊坡穩(wěn)定性；滑坡；加固處理；安全監(jiān)測(cè)

水庫庫區(qū)邊坡穩(wěn)定性關(guān)系到水庫大壩整體的安全運(yùn)行，邊坡穩(wěn)定性分析是水庫大壩設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[1]。某在建水庫為小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，工程邊坡為4級(jí)邊坡。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。在壩基開挖后，發(fā)現(xiàn)殘坡積層與基巖接觸面出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。隨后發(fā)現(xiàn)裂縫有擴(kuò)展的趨勢(shì)，具備明顯的滑坡性質(zhì)。因此，需要對(duì)庫岸邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并根據(jù)具體情況采取加固措施[2-4]。

1 邊坡開挖

壩基順流左岸1，2，3壩段和順流右岸7，8，9壩段開挖至建基面附近，基巖為古生代變質(zhì)地層，南臘地區(qū)(Pz)，深灰色、灰色石英片巖、板巖，屬強(qiáng)風(fēng)化下限至弱風(fēng)化上限巖體，屬中硬巖，巖體呈互層狀或?qū)訝?，巖體較完整，局部完整性差，未發(fā)現(xiàn)泥化夾層、小斷層等不利于壩基穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面、較大的楔體或棱體，屬IV類壩基；河床部位的4，5，6壩段開挖揭露基巖為華力西中期侵入巖，弱風(fēng)化上限輝綠巖，灰綠色、深灰色，屬堅(jiān)硬巖；巖體呈塊狀，巖體較完整，巖體強(qiáng)度較高，巖塊間嵌合力及巖體整體強(qiáng)度較好，屬Ⅲ類壩基。

右岸壩肩1 737.50 m高程，在大壩開挖前，由于管理房及臨時(shí)房屋建設(shè)的需要，進(jìn)行了挖填方工作，平整出寬約25 m、長80m的平臺(tái)。壩肩槽部分填土厚5～10 m不等。壩基開挖后，發(fā)現(xiàn)管理房平臺(tái)下12 m處殘坡積層與基巖接觸面出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，最大錯(cuò)動(dòng)位移2 cm。一周后發(fā)現(xiàn)管理房平臺(tái)裂縫有擴(kuò)展的趨勢(shì)，并且后沿裂縫已發(fā)展到公路邊的芭蕉地，形成閉合弧形，具備明顯的滑坡性質(zhì)。相應(yīng)的地質(zhì)剖面如圖1所示。

2 安全監(jiān)測(cè)

在右岸滑坡體上共布置5個(gè)鉆孔、5個(gè)測(cè)斜孔、17個(gè)表面觀測(cè)點(diǎn)。鉆孔布置如圖1～2所示，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖如圖2所示。圖3展示了其中5個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)成果。

圖1 地質(zhì)剖面

圖2 鉆孔和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意

圖3 表面觀測(cè)點(diǎn)∑xy方向時(shí)間-合位移過程曲線

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：①表觀位移方向和測(cè)斜孔位移方向一致。②右岸滑坡整體向壩肩的臨空方向滑移，3號(hào)測(cè)斜孔顯示在 3.3 m處存在顯著位移，為邊坡卸荷造成；24 m處出現(xiàn)以0.28 mm/d為變形速率的蠕變。根據(jù)鉆孔揭露情況在 23.5～24 m處為板巖、片巖與輝綠巖接觸帶，存在厚 0.4～0.6 m的泥化夾層，為黏土夾巖屑。5號(hào)測(cè)斜孔顯示在7.5～8 m出現(xiàn)滑動(dòng)，滑動(dòng)面屬于基巖和覆蓋層的接觸帶。表觀數(shù)據(jù)顯示，主要位移段在高程1 751～1 726 m，為主要滑動(dòng)段。

3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)地勘資料確定典型斷面的計(jì)算簡圖如圖4所示。圖中的距離是指邊坡頂端到庫底中軸線的距離。巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值如表1所示。

圖4 典型斷面

巖(土)體變形模量/MPa泊松比滲透系數(shù)/(cm·s-1)容重/(g·cm-3)天然飽和黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)沖洪積層100．383．98×10-31．61．7023殘坡積層60．351×10-31．41．61815全風(fēng)化巖石100．391×10-31．51．72519片巖(強(qiáng)風(fēng)化)3．5×1030．345×10-42．552．7020045片巖(弱風(fēng)化)6×1030．254×10-52．702．8565045閃長巖(強(qiáng)風(fēng)化)3×1030．345×10-42．602．8065045閃長巖(弱風(fēng)化)7×1030．254×10-52．802．9575045

計(jì)算工況時(shí)共考慮3個(gè)工況。

(1) 正常運(yùn)用條件?？紤]正常蓄水位工況和死水位工況，取邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.10。

(2) 非正常運(yùn)用條件Ⅰ?？紤]施工期工況和運(yùn)行期水位的非常降落(驟降)工況，取邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.05。

(3) 非正常運(yùn)用條件Ⅱ?？紤]正常運(yùn)行遇到地震工況，取邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)1.00。

主要考慮的荷載有基本荷載，包括巖土體的自重、孔隙水壓力和作用在邊坡表面的外荷載。在邊坡內(nèi)部浸潤線以上的巖土體采用天然容重計(jì)算自重，浸潤線以下的巖土體采用飽和容重計(jì)算自重?？紤]地下水時(shí)，各工況按照坡外水位+地下水浸潤線的方式計(jì)算。正常蓄水位為1 729.55 m；死水位為 1 705.00 m。采用擬靜力法進(jìn)行抗震穩(wěn)定計(jì)算。地震動(dòng)峰值加速度取 0.20 g。

3.2 計(jì)算結(jié)果

在各種工況下，右岸滑坡工程典型斷面的計(jì)算安全系數(shù)如表2所示。

表2 計(jì)算安全系數(shù)

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，無論哪種工況，右岸邊坡均處于危險(xiǎn)狀態(tài)?；麦w的安全系數(shù)計(jì)算值及深度與安全監(jiān)測(cè)成果及現(xiàn)場實(shí)際情況相吻合。

4 邊坡加固方案及計(jì)算分析

4.1 加固方案

常用的邊坡加固技術(shù)有：由上部減重、下部反壓和支擋工程等技術(shù)組成的傳統(tǒng)加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)及格構(gòu)錨固技術(shù)等。該水庫邊坡出現(xiàn)大面積滑移體，根據(jù)地勘資料可知，工程存在大規(guī)模地質(zhì)情況較差的區(qū)域，基巖出露處顯現(xiàn)大量全強(qiáng)風(fēng)化現(xiàn)象，因此在施工中必須因地制宜地采取必要的工程措施進(jìn)行加固。

自高程1 768.5 m處，沿坡面布設(shè)2排100噸級(jí)錨索(錨索間距4 m，排距3 m，水平角為55°，長度為55 m)，錨索深入坡體一端采取交錯(cuò)布置，坡面一端掛網(wǎng)噴護(hù)厚度為15 cm的C20混凝土，并澆筑網(wǎng)格梁；在高程1 737.0～1 743.0 m的坡面上噴護(hù)貼坡混凝土，厚度為30 cm，采用單層鋼筋16φ200；對(duì)于極小范圍的易失穩(wěn)邊坡，建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_挖。另外，在實(shí)際邊坡治理中，預(yù)應(yīng)力錨索端頭設(shè)置網(wǎng)格梁、貼坡處理等措施均作為安全裕度考慮，計(jì)算模型中不予考慮。其加固設(shè)計(jì)方案如圖5所示。

圖5 加固設(shè)計(jì)方案示意

4.2 計(jì)算結(jié)果

在各種工況下，加固后右岸滑坡工程典型斷面的計(jì)算安全系數(shù)如表3所示，最危險(xiǎn)滑弧位置如圖6所示。

表3 加固后的計(jì)算安全系數(shù)

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，采取支護(hù)措施后，右岸滑坡體在不同工況下的安全系數(shù)有所提高，且均滿足穩(wěn)定安全要求。部分支護(hù)措施未并入計(jì)算，可作為安全裕度來考慮，為邊坡穩(wěn)定提供了更為安全的保障。

圖6 最危險(xiǎn)滑弧位置(施工期工況)

5 結(jié) 語

針對(duì)某在建水庫右岸滑坡情況，首先根據(jù)地勘資料布置了觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行了安全監(jiān)測(cè)分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)滑坡體典型斷面進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明不同工況下的右岸邊坡均處于危險(xiǎn)狀態(tài)。因此，因地制宜采取錨索、掛網(wǎng)噴護(hù)貼坡混凝土等工程措施進(jìn)行加固。隨后的穩(wěn)定性分析表明，右岸滑坡體在不同工況下的安全系數(shù)有所提高，且均滿足穩(wěn)定安全要求。

[1] 郝建斌．地震作用下邊坡穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J]．世界地震工程，2014(1):145-153．

[2] 黃潤秋,戚國慶. 非飽和滲流基質(zhì)吸力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào), 2002,10(4):345-346.

[3] 陳國峰,陳從新. 考慮水位變動(dòng)影響的粘土質(zhì)緩坡穩(wěn)定性分析[J]. 巖土力學(xué), 2004,25(11):1756-1757.

[4] 陳湘桂,牛建東,陳亮晶. 庫水位上升條件下滑坡體的滲流場及穩(wěn)定性研究[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2013,10(3):77-78．

(編輯：陳紫薇)

2017-02-18

傅蜀燕，女，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，講師.

1006-0081(2017)05-0023-04

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